intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Chương 4 - Linh kiện quang điện tử

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST
Báo xấu
226
lượt xem 67
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Linh kiện quang điện tử I. khái niệm chung về kỹ thuật quang điện tử 1. Định nghĩa Quang điện tử là những hiệu ứng t-ơng hỗ giữa bức xạ ánh sáng và mạch điện tử. Bức xạ ánh sáng là 1 dạng của bức xạ điện từ có dải b-ớc sóng từ 0,001 nm đến 1cm. Sự thay đổi trạng thái năng l-ợng trong nguyên tử và phân tử là nguồn gốc của các bức xạ ánh sáng đó. Các bức xạ quang đ-ợc chia thành 3 vùng là: Vùng cực tím Vùng ánh sáng nhìn thấy Vùng hồng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 4 - Linh kiện quang điện tử

  1. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö Ch−¬ng IV Linh kiÖn quang ®iÖn tö I. kh¸i niÖm chung vÒ kü thuËt quang ®iÖn tö 1. §Þnh nghÜa Quang ®iÖn tö lµ nh÷ng hiÖu øng t−¬ng hç gi÷a bøc x¹ ¸nh s¸ng vµ m¹ch ®iÖn tö. Bøc x¹ ¸nh s¸ng lµ 1 d¹ng cña bøc x¹ ®iÖn tõ cã d¶i b−íc sãng tõ 0,001 nm ®Õn 1cm. Sù thay ®æi tr¹ng th¸i n¨ng l−îng trong nguyªn tö vµ ph©n tö lµ nguån gèc cña c¸c bøc x¹ ¸nh s¸ng ®ã. C¸c bøc x¹ quang ®−îc chia thµnh 3 vïng lµ: Vïng cùc tÝm §é dµi b−íc sãng tõ 100 nm ®Õn 380 nm Vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy §é dµi b−íc sãng tõ 380 ®Õn 780 nm Vïng hång ngo¹i §é dµi b−íc sãng tõ 780 nm ®Õn1 mm 2. Ph©n lo¹i linh kiÖn quang ®iÖn tö Gåm 2 lo¹i linh kiÖn lµ linh kiÖn b¸n dÉn vµ linh kiÖn kh«ng b¸n dÉn. * Linh kiÖn b¸n dÉn quang ®iÖn tö lµ nh÷ng linh kiÖn thÓ r¾n ®−îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu b¸n dÉn nh− ®iÖn trë quang, diode quang, transistor quang, LED, PiN, Laser, APD … * Linh kiÖn kh«ng b¸n dÉn quang ®iÖn tö lµ sîi quang, mÆt chØ thÞ tinh thÓ láng LCD, èng nh©n quang … II. c¸c linh kiÖn ph¸t quang 1. Nguyªn lý bøc x¹ Hai tiªn ®Ò cña Bohr: * Tiªn ®Ò vÒ tr¹ng th¸i dõng: nguyªn tö chØ tån t¹i ë nh÷ng tr¹ng th¸i cã møc n¨ng l−îng x¸c ®Þnh, gäi lµ c¸c tr¹ng th¸i dõng. Trong c¸c tr¹ng th¸i dõng nguyªn tö kh«ng bøc x¹. * Tiªn ®Ò vÒ sù bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng l−îng cña nguyªn tö: tr¹ng th¸i dõng cã møc n¨ng l−îng cµng thÊp th× cµng bÒn v÷ng. Khi nguyªn tö ë c¸c tr¹ng th¸i dõng cã n¨ng l−îng lín bao giê còng cã xu h−íng chuyÓn sang tr¹ng th¸i dõng cã møc n¨ng 114 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  2. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö l−îng nhá h¬n. HÖ qu¶ rót ra tõ hai tiªn ®Ò trªn lµ: trong tr¹ng th¸i dõng cña nguyªn tö, ®iÖn tö chØ chuyÓn ®éng quang h¹t nh©n theo nh÷ng quü ®¹o cã b¸n kÝnh hoµn toµn x¸c ®Þnh gäi lµ c¸c quü ®¹o dõng. §iÒu nµy cho thÊy khi cung cÊp cho nguyªn tö mét n¨ng l−îng nµo ®ã th× ®iÖn tö sÏ hÊp thô n¨ng l−îng nµy vµ nh¶y lªn møc n¨ng l−îng cao h¬n. Tuy nhiªn, nÕu quü ®¹o cµng xa h¹t nh©n th× thêi gian tån t¹i ë quü ®¹o nµy cµng ng¾n vµ cã xu h−íng trë vÒ quü ®¹o gÇn h¹t nh©n theo c¸ch nh¶y th¼ng hoÆc nh¶y tõng b−íc. a. Sù bøc x¹ ¸nh s¸ng kh«ng kÕt hîp (bøc x¹ tù ph¸t) Nh− ®· nãi ë trªn nÕu c¸c ®iÖn tö trë vÒ møc n¨ng l−îng c¬ b¶n tõ c¸c møc n¨ng l−îng cao theo c¸ch nh¶y th¼ng hoÆc nh¶y tõng b−íc qua c¸c tr¹ng th¸i dõng trung gian th× ¸nh s¸ng do chóng bøc x¹ ra sÏ lµ ¸nh s¸ng tæng hîp. NghÜa lµ c¸c xung ¸nh s¸ng nµy kh«ng cïng pha vµ tÇn sè, ta nãi nguyªn tö ®· bøc x¹ ra ¸nh s¸ng kh«ng kÕt hîp (®©y chÝnh lµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña LED). b. Sù bøc x¹ ¸nh s¸ng kÕt hîp (bøc x¹ kÝch thÝch) Khi c¸c nguyªn tö tån t¹i trong cïng mét m¹ng tinh thÓ th× chóng ¶nh h−ëng lÉn nhau, do ®ã kh¸i niÖm møc n¨ng l−îng cã thÓ thay b»ng kh¸i niÖm d¶i n¨ng l−îng. Sù dÞch chuyÓn tõ tr¹ng th¸i n¨ng l−îng nµy sang tr¹ng th¸i n¨ng l−îng kh¸c cã thÓ bÞ cÊm nhiÒu, cÊm Ýt hay cÊm h¼n. XÐt tr−êng hîp cña Laser hång ngäc C¸c ®iÖn tö cã 3 møc n¨ng l−îng E1, E2, E3. Trong ®ã E1 lµ møc n¨ng l−îng c¬ b¶n. E2 lµ møc n¨ng l−îng æn ®Þnh (thêi gian tån t¹i ®iÖn tö ë møc nµy lµ 10-2s). E3 lµ møc n¨ng l−îng cao (thêi gian ®iÖn tö tån t¹i ë ®©y chØ lµ 10-8s) nªn khi bÞ kÝch thÝch lªn møc nµy th× ®iÖn tö nhanh chãng nh¶y xuèng E2. Nh− vËy khi cã n¨ng l−îng cung cÊp thÝch hîp ®−a vµo m¹ng tinh thÓ th× ®iÖn tö E3 E2 E1 Tr¹ng th¸i b×nh th−êng Tr¹ng th¸i kÝch thÝch §¶o mËt ®é tÝch luü sÏ tËp trung ë møc E2 (E1 → E2; E1 → E3 → E2). NghÜa lµ trong nguyªn tö x¶y ra hiÖn t−îng ®¶o mËt ®é tÝch luü (®iÖn tö b×nh th−êng tËp trung ë E1 nay chuyÓn sang tËp trung ë E2) NÕu ngÉu nhiªn x¶y ra mét qu¸ tr×nh bøc x¹ cña mét ®iÖn tö bÞ kÝch thÝch nµo ®ã th× sÏ cã hiÖu øng d©y chuyÒn x¶y ra. Së dÜ vËy lµ do khi chuyÓn tõ E2 vÒ E1 ®iÖn tö nµy sÏ bøc x¹ ra mét dao ®éng ng¾n, dao ®éng nµy lan truyÒn vµ t¸c ®éng tíi c¸c ®iÖn tö kh¸c vµ lµm chóng còng bøc x¹. TÇn sè cña bøc x¹ ®−îc x¸c ®Þnh bëi møc chªnh lÖch n¨ng l−îng gi÷a E2 vµ E1. Do ®ã cã thÓ coi r»ng c¸c ®iÖn tö n»m cïng møc n¨ng l−îng CÊu kiÖn ®iÖn tö 115
  3. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö E2 ®−îc ®iÒu h−ëng ë cïng mét tÇn sè vµ pha trïng víi tÇn sè vµ pha cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch. Tøc lµ ¸nh s¸ng ph¸t ra lµ ¸nh s¸ng kÕt hîp. Ng−êi ta gäi ®©y lµ hiÖn t−îng khuÕch ®¹i ¸nh s¸ng nhê bøc x¹ c−ìng bøc. Nguyªn lý nµy cßn gäi lµ nguyªn lý Fabry – Perot, vµ LASER chÝnh lµ linh kiÖn cã nguyªn t¾c ho¹t ®éng dùa vµo nguyªn lý nµy. Trªn thùc tÕ n¨ng l−îng dïng ®Ó kÝch thÝch cho c¸c qu¸ tr×nh ®· ph©n tÝch ë trªn lµ n¨ng l−îng ®iÖn tr−êng vµ ng−êi ta gäi ®ã lµ nguyªn lý biÕn ®æi ®iÖn / quang. NghÜa lµ tõ n¨ng l−îng ®iÖn chuyÓn thµnh n¨ng l−îng quang nhê c¸c hiÖn t−îng bøc x¹. 2. Diode ph¸t quang - LED (Light Emitting Diode) LED lµ linh kiÖn b¸n dÉn quang cã kh¶ n¨ng ph¸t ra ¸nh s¸ng khi cã hiÖn t−îng t¸i hîp x¶y ra trong chuyÓn tiÕp P – N. ¸nh s¸ng do LED ph¸t ra lµ ¸nh s¸ng kh«ng kÕt hîp, tù ph¸t vµ ®¼ng h−íng. Tuú theo vËt liÖu chÕ t¹o mµ ¸nh s¸ng bøc x¹ cña LED cã thÓ ë nh÷ng vïng b−íc sãng kh¸c nhau. LED bøc x¹ ra ¸nh s¸ng nh×n thÊy ( gäi lµ LED mµu) ®−îc sö dông trong c¸c hÖ thèng chiÕu s¸ng hoÆc quang b¸o. LED bøc x¹ hång ngo¹i (LED hång ngo¹i) ®−îc sö dông trong hÖ thèng b¶o vÖ, s¶n xuÊt, th«ng tin quang…. a. CÊu t¹o vµ ký hiÖu LED P N A K K A VËt liÖu chÕ t¹o LED lµ c¸c nguyªn tö nhãm III vµ V: GaAs, GaP, GaAsP … ®©y lµ nh÷ng vËt liÖu t¸i hîp trùc tiÕp. Nång ®é h¹t dÉn cña P vµ N rÊt cao nªn ®iÖn trë λ ~ 980 nm cña chóng rÊt nhá. Do ®ã khi m¾c LED ph¶i m¾c nèi tiÕp A víi mét ®iÖn trë h¹n dßng. CÊu t¹o cña LED hång ngo¹i t−¬ng tù nh− cña LED mµu. ChØ cã mét ®iÓm kh¸c biÖt lµ mét mÆt cña b¸n dÉn GaAs (P) ®−îc mµi nh½n lµm g−¬ng ph¶n chiÕu ®Ó ®−a ¸nh s¸ng ra khái LED theo mét chiÒu víi ®é tËp trung cao. b. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña LED GaAs (N) Dùa trªn hiÖu øng ph¸t s¸ng khi cã hiÖn t−îng t¸i B Mµi nh½n hîp ®iÖn tö vµ lç trèng ë vïng chuyÓn tiÕp P – N. LED sÏ ph¸t quang khi ®−îc ph©n cùc thuËn, nghÜa lµ biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn thµnh n¨ng l−îng quang. C−êng ®é ph¸t quang tØ lÖ víi dßng qua LED. Khi ph©n cùc thuËn c¸c h¹t dÉn ®a sè sÏ å ¹t di chuyÓn vÒ phÝa b¸n dÉn bªn kia. §iÖn tö tõ bªn N sÏ khuÕch t¸n sang P vµ lç trèng bªn P sÏ khuÕch t¸n sang N. Trong qu¸ tr×nh di chuyÓn chóng sÏ t¸i hîp víi nhau vµ ph¸t ra c¸c photon. 116 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  4. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö §Æc tuyÕn Von-Ampe cña LED §Æc tuyÕn V- A cña LED gièng nh− cña diode th«ng th−êng. Ith Ung max UD UAK §iÖn ¸p ph©n cùc thuËn UD: 1,6 – 3 V; ®iÖn ¸p ph©n cùc ng−îc: 3 – 5 V; dßng ID kho¶ng vµi chôc mA Chó ý: Do ®Æc ®iÓm cÊu t¹o ®Æc biÖt nªn LED hång ngo¹i t¹o ra ¸nh s¸ng n»m trong vïng hång ngo¹i. Ngoµi ra, nh÷ng tia cã h−íng ®i vµo trong líp b¸n dÉn sÏ gÆp g−¬ng ph¶n chiÕu vµ bÞ ph¶n x¹ trë l¹i ®Ó ®i ra ngoµi theo cïng mét h−íng. ViÖc nµy sÏ t¨ng hiÖu suÊt mét c¸ch ®¸ng kÓ cho LED. Tia hång ngo¹i cã kh¶ n¨ng xuyªn qua chÊt b¸n dÉn tèt h¬n so víi ¸nh s¸ng nh×n thÊy nªn hiÖu suÊt ph¸t cña LED hång ngo¹i cao h¬n rÊt nhiÒu so víi LED ph¸t ¸nh s¸ng mµu. §Ó t¨ng c−êng tÝnh ®Þnh h−íng cho LED, ng−êi ta th−êng cÊu t¹o LED víi mét lç cho ¸nh s¸ng ®i qua. Cã hai lo¹i LED lµ SLED (LED ph¸t x¹ mÆt) vµ ELED (LED ph¸t x¹ c¹nh). D−íi ®©y lµ h×nh minh ho¹ cho viÖc lÊy ¸nh s¸ng ra cña mét SLED. c. Tham sè cña LED * VËt liÖu: VÒ nguyªn t¾c tÊt c¶ c¸c chuyÓn tiÕp P – N ®Òu cã kh¶ n¨ng ph¸t ra ¸nh s¸ng khi ®−îc ph©n cùc thuËn nh−ng chØ cã mét sè lo¹i vËt liÖu t¸i hîp trùc tiÕp míi cho hiÖu suÊt t¸i hîp cao. Mét sè lo¹i LED th«ng dông: CÊu kiÖn ®iÖn tö 117
  5. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö B−íc sãng Vïng UD VËt liÖu Eg (eV) Ung λ (nm) bøc x¹ (I=20mA) GaAs 1,43 910 Hång ngo¹i 1,6 – 1,8 5 GaAsP 1,9 660 ®á 1,6 – 1,8 5 GaAlAs 1,91 650 ®á 1,6 – 1,8 5 GaAsP 2 635 Cam 2 - 2,2 5 GaAsP 2,1 585 Vµng 2,2 – 2,4 5 GaAsP 2,2 565 Xanh l¸ c©y 2,4 – 2,7 5 GaP 2,24 560 Xanh l¸ c©y 2,7 – 3 5 SiC 2,5 490 Xanh da trêi 3 5 GaNO2 3,1 400 TÝm 3 5 * NhiÖt ®é Kho¶ng nhiÖt ®é lµm viÖc cña LED : - 600C ®Õn + 800C LED rÊt nh¹y víi nhiÖt ®é: NhiÖt ®é cµng t¨ng b−íc sãng cña LED cµng ng¾n (b−íc sãng gi¶m 0,02 – 0,09 µm/0C). NhiÖt ®é t¨ng c−êng ®é bøc x¹ quang gi¶m (1% / 0C) * C«ng suÊt ph¸t x¹: vµi tr¨m µW ®Õn vµi mW d. Ph©n lo¹i vµ øng dông cña LED LED bøc x¹ ¸nh s¸ng nh×n thÊy ®−îc sö dông trong b¸o hiÖu, mµn h×nh, qu¶ng c¸o … cßn LED bøc x¹ ¸nh s¸ng trong vïng hång ngo¹i dïng trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang hoÆc c¸c hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn hoÆc b¶o mËt. §Ó viÖc sö dông ®−îc ®¬n gi¶n vµ gän nhÑ ng−êi ta th−êng ghÐp nhiÒu LED víi nhau, nÕu ghÐp c¸c cùc anot víi nhau th× c¸c ®Çu ®iÒu khiÓn ®i vµo c¸c catot (®iÒu khiÓn b»ng xung ©m) vµ LED gäi lµ anot chung. NÕu ghÐp c¸c cùc catot víi nhau th× cùc ®iÒu khiÓn ®i vµo anot (®iÒu khiÓn b»ng xung d−¬ng) vµ LED gäi lµ catot chung. Ng−êi ta th−êng t¹o LED theo c¸c cÊu tróc sau: LED ®¬n LED ®«i LED 7 thanh . H×nh d−íi ®©y biÓu diÔn c¸c ký tù hiÓn thÞ cña LED 7 thanh LED b¨ng Ma trËn LED …. 118 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  6. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö 3. LASER Nh− ®· nãi ë phÇn trªn, LED kh«ng thÓ ®¸p øng ®−îc nh÷ng yªu cÇu cña hÖ thèng yªu cÇu tèc ®é cao, c«ng suÊt ph¸t lín, tÝnh ®Þnh h−íng tèt … Trong tr−êng hîp nµy ng−êi ta ph¶i sö dông nguån LASER víi nh÷ng tÝnh n¨ng vuît tréi so víi LED. XÐt vÒ b¶n chÊt c¶ LED vµ LASER ®Òu cã nguyªn t¾c ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn lý biÕn ®æi ®iÖn / quang vµ cã cÊu tróc ®¬n gi¶n nhÊt nh− mét diode. LASER lµ mét linh kiÖn quang häc dïng ®Ó t¹o ra vµ khuÕch ®¹i ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã tÝnh liªn kÕt vÒ pha tõ bøc x¹ kÝch thÝch cña ¸nh s¸ng. M«i tr−êng bøc x¹ cã thÓ lµ chÊt khÝ, chÊt láng, tinh thÓ c¸ch ®iÖn hay chÊt b¸n dÉn. Bøc x¹ cña c¸c lo¹i LASER ®Òu cã tÝnh chÊt gièng nhau lµ cã tÝnh kÕt hîp vÒ kh«ng gian vµ thêi gian, nghÜa lµ ¸nh s¸ng bøc x¹ ra ngoµi lµ ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã tÝnh ®Þnh h−íng cao. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng LASER ho¹t ®éng dùa trªn 3 hiÖu øng: HiÖu øng chÝch ®éng tö: khi cho hai khèi b¸n dÉn suy biÕn kh¸c lo¹i tiÕp xóc nhau th× t¹i líp tiÕp xóc ®iÒu kiÖn ®¶o mËt ®é tÝch luü ®−îc h×nh thµnh. C¸c phÇn tö mang ®iÖn khuÕch t¸n sang nhau nh−ng chØ trong mét thêi gian ng¾n sau khi h×nh thµnh thÕ c©n b»ng qu¸ tr×nh nµy sÏ mÊt ®i. §Ó t¹o ra viÖc ®¶o mËt ®é tÝch luü th× ph¶i ®Æt mét ®iÖn tr−êng ng−îc víi ®iÖn tr−êng tiÕp xóc, nghÜa lµ ph©n cùc thuËn cho diode. Khi nµy ta nãi c¸c ®éng tö ®−îc chÝch vµo miÒn ho¹t tÝnh vµ chóng sÏ tham gia vµo qu¸ tr×nh t¸i hîp t¹o thµnh bøc x¹ LASER. §¶o mËt ®é tÝch luü b»ng c¸ch chiÕu ¸nh s¸ng l¹ hoÆc cung cÊp mét ®iÖn tr−êng ngoµi. Khi nµy sè tr¹ng th¸i kÝch thÝch bÞ chiÕm gi÷ nhiÒu h¬n sè tr¹ng th¸i c¬ b¶n bÞ chiÕm gi÷. HiÖn t−îng ®¶o mËt ®é tÝch luü x¶y ra khi cã hiÖn t−îng phun h¹t dÉn vµ dßng b¬m v−ît qu¸ dßng ng−ìng. Ph¸t x¹ kÝch thÝch: khi ®iÖn tö chuyÓn tõ møc n¨ng l−îng cao xuèng møc n¨ng l−îng thÊp th× sÏ bøc x¹ ra photon. Qu¸ tr×nh LASER lµ qu¸ tr×nh bøc x¹ kÝch thÝch, nã xuÊt hiÖn khi hÖ sè khuÕch t¸n quang trong bé céng h−ëng lín h¬n tæn hao bøc x¹. Khi ®ã c¸c photon ®−îc bøc x¹ ra sÏ cã tÇn sè vµ pha ®óng b»ng tÇn sè vµ pha cña photon ®Õn. III. C¸c linh kiÖn thu quang Bé thu quang lµ phÇn tö cã nhiÖm vô biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu ®iÖn dùa trªn nguyªn lý biÕn ®æi quang / ®iÖn. NghÜa lµ, biÕn ®æi n¨ng l−îng quang thµnh n¨ng l−îng ®iÖn. Khi c¸c nguyªn tö ®−îc cung cÊp n¨ng l−îng d−íi d¹ng n¨ng l−îng quang thÝch hîp, c¸c ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng cña chóng cã thÓ bËt ra thµnh ®iÖn tö tù do, ng−êi ta gäi ®ã lµ hiÖn t−îng ph¸t x¹ cÆp ®iÖn tö - lç trèng. B»ng c¸ch dïng ®iÖn tr−êng ngoµi ®Ó thu nhËn c¸c ®iÖn tö vµ lç trèng nµy ta sÏ cã dßng ®iÖn ë m¹ch ngoµi gäi lµ dßng quang ®iÖn cã ®é lín phô thuéc vµo c−êng ®é cña ¸nh s¸ng chiÕu vµo. Tuú theo môc ®Ých sö dông vµ cÊu tróc mµ cã nhiÒu lo¹i bé thu quang kh¸c nhau, v× thÕ ®Æc tÝnh cña chóng còng kh¸c nhau. Cã thÓ lÊy mét sè vÝ dô ®iÓn h×nh nh− sau: CÊu kiÖn ®iÖn tö 119
  7. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö Lo¹i Thêi gian t¨ng HÖ sè ®¸p øng Dßng tèi s−ên xung [µs] [A/W] [nA] Phototransistor (Si) 18 2,5 25 Photodarlington (Si) 500 40 100 PiN photodiode (Si) 0,5 0,1 – 5 10 PiN photodiode (InGaAs) 0,8 0,01 – 5 0,1 – 3 APD (Ge) 0,6 0,3 – 1 400 APD (InGaAs) 0,75 0,3 30 PiN FET (Si) 15000V/W 10 PiN FET (InGaAs) 5000V/W 1 - 10 1. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña bé thu quang HiÖu suÊt l−îng tö ho¸: lµ tØ sè gi÷a sè l−îng c¸c ®«i ®iÖn tö – lç trèng sinh ra trªn sè photon cã n¨ng l−îng hf ®i ®Õn I /q η= P (30 – 95 %) P0 / hf §é nh¹y S §©y lµ th«ng sè liªn quan tíi kh¶ n¨ng ®¸p øng cña bé thu ®èi víi tÝn hiÖu. Nã phô thuéc vµo b¶n th©n bé t¸ch sãng, c¸c m¹ch khuÕch ®¹i vµ c¸c m¹ch xö lý tÝn hiÖu ®iÖn. §é nh¹y S lµ tØ sè gi÷a dßng quang ®iÖn sinh ra trªn c«ng suÊt ¸nh s¸ng ®i ®Õn diode I q S = P = η. P0 hf C¸c tham sè cña bé t¸ch sãng ¶nh h−ëng tíi ®é nh¹y lµ: + HÖ sè ®¸p øng lµ tØ sè gi÷a n¨ng l−îng ®iÖn ®Çu ra vµ n¨ng l−îng quang ®Çu vµo P R = η. hf + HiÖu suÊt l−îng tö ho¸ + §é khuÕch ®¹i cña m¹ch. Cã thÓ sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i ®iÖn còng nh− khuÕch ®¹i quang ®Ó lµm t¨ng c«ng suÊt tÝn hiÖu nh−ng chóng sÏ khuÕch ®¹i c¶ nhiÔu vµ tÝn hiÖu. + VËt liÖu chÕ t¹o bé t¸ch sãng quang. §©y lµ th«ng sè sÏ quyÕt ®Þnh b−íc sãng c«ng t¸c, nghÜa lµ d¶i b−íc sãng mµ bé t¸ch sãng sÏ lµm viÖc tèt nhÊt. Mét sè gi¸ trÞ ®é nh¹y cña PiN §é nh¹y [µA/µW] VËt liÖu B−íc sãng Si 900 0,65 Ge 1300 0,45 InGaAs 1300 0,6 120 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  8. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö B−íc sãng ho¹t ®éng vµ vËt liÖu chÕ t¹o VËt liÖu b¸n dÉn nÒn vµ thµnh phÇn pha t¹p sÏ quyÕt ®Þnh d¶i b−íc sãng ho¹t ®éng cña bé thu quang. VÝ dô, GaAlAs lµm viÖc ë d¶i 800 – 900 nm; Ge, InGaAs, In GaAsP lµm viÖc ë d¶i 1300 – 1500 nm. B»ng c¸ch thay ®æi chØ sè cña In, Ga, As, P sÏ ®−îc c¸c b−íc sãng kh¸c nhau trong d¶i trªn. Thªm vµo ®ã, øng víi mçi lo¹i vËt liÖu nµy sÏ cã hiÖu suÊt l−îng tö kh¸c nhau. 2. Mét sè linh kiÖn thu quang a. §iÖn trë quang §iÖn trë quang lµ mét linh kiÖn quang thô ®éng, kh«ng cã tiÕp xóc P – N. Nã ho¹t ®éng dùa trªn tÝnh chÊt cña b¸n dÉn lµ ®iÖn trë cña b¸n dÉn phô thuéc vµo nång ®é h¹t dÉn ®iÖn. Khi vËt liÖu hÊp thô ¸nh s¸ng, nång ®é h¹t dÉn ®iÖn cña nã t¨ng lªn, do vËy ®iÖn trë cña nã gi¶m xuèng. Hµm cña ®iÖn trë phô thuéc vµo c−êng ®é ¸nh s¸ng chiÕu vµo. CÊu t¹o vµ ký hiÖu §iÖn trë quang th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng vËt liÖu CdS, CdSe, ZnS hoÆc c¸c hçn hîp tinh thÓ kh¸c, nãi chung lµ c¸c vËt liÖu nh¹y quang. §iÖn trë quang gåm : Ch©n cùc Líp chèng ph¶n quang §iÖn cùc VËt liÖu nh¹y quang B¸n dÉn nh¹y quang ChÊt c¸ch ®iÖn + Mét líp vËt liÖu b¸n dÉn nh¹y quang (cã bÒ dµy tõ 1 µm ®Õn 0,1 mm, tuú theo vËt liÖu sö dông vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o) + §Õ lµ chÊt c¸ch ®iÖn + TÊt c¶ ®−îc phñ mét líp chèng Èm trong suèt ®èi víi vïng ¸nh s¸ng ho¹t ®éng cña quang trë. + Vá bäc b»ng chÊt dÎo cã cöa sæ cho ¸nh s¸ng ®i qua Nguyªn t¾c lµm viÖc: Khi chiÕu ¸nh s¸ng vµo líp vËt liÖu nh¹y quang th× c¸c cÆp ®iÖn tö – lç trèng sÏ xuÊt hiÖn lµm cho nång ®é h¹t dÉn ®iÖn t¨ng lªn, nãi c¸ch kh¸c lµ ®iÖn trë cña khèi b¸n dÉn gi¶m xuèng. §é dÉn ®iÖn cña vËt liÖu b¸n dÉn nh¹y quang ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: σ = q(nµ n + pµ p ) CÊu kiÖn ®iÖn tö 121
  9. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö µ n , µ p lµ ®é linh ®éng cña ®iÖn tö vµ lç trèng víi n,p lµ nång ®é h¹t dÉn cña ®iÖn tö vµ lç trèng Nh− vËy, ®iÖn trë cña quang trë phô thuéc vµo c−êng ®å ¸nh s¸ng chiÕu vµo, nghÜa lµ c−êng ®é dßng qua ®iÖn trë thay ®æi. Nãi c¸ch kh¸c, sù biÕn ®æi c−êng ®é ¸nh s¸ng ®· chuyÓn thµnh sù biÕn ®æi cña c−êng ®é dßng ®iÖn trong m¹ch, hay tÝn hiÖu quang ®· ®−îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. C¸c tham sè chÝnh cña quang trë + §iÖn dÉn suÊt σ P lµ hµm sè cña mËt ®é quang khi ®é dµi b−íc sãng thay ®æi. + §é nh¹y t−¬ng ®èi cña quang trë S(λ) lµ tØ sè gi÷a ®iÖn dÉn suÊt thay ®æi theo b−íc sãng vµ ®iÖn dÉn suÊt cùc ®¹i khi mËt ®é n¨ng l−îng quang kh«ng thay ®æi. σ p (λ ) S (λ ) = ρ p (λ ) = const σ p max(λ ) + Thêi gian ®¸p øng lµ thêi gian håi ®¸p cña quang trë khi cã sù thay ®æi c−êng ®é s¸ng Th«ng th−êng khi c−êng ®é ¸nh s¸ng m¹nh quang trë lµm viÖc nhanh h¬n. + HÖ sè nhiÖt cña quang trë HÖ sè nµy tØ lÖ nghÞch víi c−êng ®é chiÕu s¸ng. Do vËy quang trë cÇn lµm viÖc ë møc chiÕu s¸ng tèt nhÊt ®Ó gi¶m thiÓu sù thay ®æi trÞ sè theo nhiÖt ®é. + §iÖn trë tèi Rd Rd lµ ®iÖn trë trong ®iÒu kiÖn kh«ng ®−îc chiÕu s¸ng cña quang trë, nã sÏ cho biÕt dßng tèi (hay dßng rß) lín nhÊt. + C«ng suÊt tiªu t¸n lín nhÊt Khi ho¹t ®éng cÇn gi÷ cho nhiÖt ®é cña quang trë nhá h¬n nhiÖt ®é cho phÐp. KÝch th−íc cña quang trë cµng lín th× kh¶ n¨ng tiªu t¸n nhiÖt cµng tèt. VËt liÖu chÕ t¹o sÏ giíi h¹n d¶i nhiÖt ®é cña quang trë tõ 40 – 750C b. TÕ bµo quang ®iÖn CÊu t¹o VËt liÖu dïng ®Ó chÕ t¹o tÕ bµo quang ®iÖn cã thÓ lµ Ge, Si, CdS, ZnS … PhÇn nh¹y quang lµ tÊm b¸n dÉn Rt Si - N lo¹i N víi c¸c cöa sæ trong suèt cho ¸nh UF Etx s¸ng ®i vµo (th−êng ®−îc phñ thªm chÊt + Si – P chèng ph¶n x¹ quang). PhÝa ®èi diÖn víi b¸n dÉn N lµ líp b¸n dÉn lo¹i P+ TÊt c¶ ®−îc bäc trong líp vá b¶o vÖ cã 2 ®iÖn cùc nèi ra ngoµi. Nguyªn t¾c lµm viÖc Khi chiÕu s¸ng lªn líp b¸n dÉn N, do qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ c¸c cÆp ®iÖn tö – lç trèng sÏ ®−îc sinh ra. D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng tiÕp xóc chóng sÏ di chuyÓn vÒ 2 ®iÖn cùc. Lç trèng di chuyÓn vÒ phÝa N cßn ®iÖn tö di chuyÓn vÒ phÝa P. ViÖc di chuyÓn nµy cña c¸c h¹t dÉn ®· h×nh thµnh mét hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®Çu ®iÖn cùc cã chiÒu tõ P 122 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  10. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö sang N. Khi tr¹ng th¸i c©n b»ng ®−îc thiÕt lËp th× gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕ nµy æn ®Þnh vµ nÕu m¾c ®iÖn trë t¶i th× sÏ cã dßng qua ®iÖn trë nµy. Nh− vËy n¨ng l−îng quang ®· ®−îc chuyÓn thµnh n¨ng l−îng ®iÖn. c. Diode quang (Photodiode) Diode quang t−¬ng tù nh− mét diode b¸n dÉn th«ng th−êng. Nã ®−îc chÕ t¹o sao cho, khi cã ¸nh s¸ng ngÉu nhiªn r¬i trªn chÊt b¸n dÉn, ¸nh s¸ng nµy cã thÓ tiÕp cËn tíi vïng chuyÓn tiÕp. N¨ng l−îng ¸nh s¸ng ngÉu nhiªn sÏ ph¸ huû liªn kÕt cña cÆp ®iÖn tö- lç trèng, do vËy c¸c ®iÖn tö tù do sÏ bÞ hót vÒ miÒn N vµ c¸c lç trèng bÞ hót vÒ miÒn P. Dßng quang ®iÖn do ®ã ®−îc t¹o ra trong diode phô thuéc vµo c−êng ®é ¸nh s¸ng. H−íng cña dßng quang ®iÖn nµy tõ cathode ®Õn anode; v× thÕ, trong c¸c øng dông th«ng th−êng, diode ®−îc ph©n cùc ng−îc. Khi diode kh«ng ®−îc chiÕu s¸ng (0 lux), vÉn cã mét dßng tèi Id qua chuyÓn tiÕp P-N, b»ng víi dßng rß cña diode th«ng th−êng ®−îc ph©n cùc ng−îc. Khi photodiode ®−îc chiÕu s¸ng, dßng tæng It cña nã b»ng tæng cña dßng tèi Id vµ dßng quang I p tøc lµ: It = Id + Ip . H×nh bªn chØ ra ®Æc tuyÕn dßng/¸p cña diode quang t¹i c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña n¨ng l−îng quang ngÉu nhiªn chiÕu vµo. Trong c¸c hÖ thèng yªu cÇu cao vÒ ®é nh¹y thu ng−êi ta sö dông hai lo¹i diode quang lµ diode quang qua miÒn tù dÉn (PiN) vµ diode quang th¸c (APD). Hai lo¹i nµy ®−îc øng dông ®Æc biÖt trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang nªn kh«ng tr×nh bµy chi tiÕt ë ®©y. d. Transistor quang l−ìng cùc (Phototransistor) Transistor quang cã nhiÖm vô biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu ®iÖn, ngoµi ra chóng cßn cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i c¸c tÝn hiÖu nµy lªn. CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña transistor quang Còng gièng nh− transistor l−ìng cùc th«ng th−êng, transistor quang ®−îc chÕ t¹o tõ chÊt b¸n dÉn Si, Ge. Nã cã 2 chuyÓn tiÕp P – N, cã 2 hoÆc 3 ch©n cùc. B E C C SiO2 N+ B B P C E E Transistor quang cã 2 lo¹i lµ PNP vµ NPN. Trªn h×nh vÏ lµ cÊu t¹o cña transistor lo¹i NPN, cßn lo¹i PNP còng cã cÊu t¹o t−¬ng tù nh− vËy. CÊu kiÖn ®iÖn tö 123
  11. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö Cùc gèc B cã bÒ mÆt ®−îc ¸nh s¸ng chiÕu vµo, nã ®−îc chÕ t¹o rÊt máng ®Ó cã ®iÖn trë nhá vµ th−êng ®Ó trèng (phñ líp ph¶n quang). Nguyªn t¾c ho¹t ®éng: IC (mA) 8 C h f3 6 N h f2 Rt 4 hf h f1 P 2 Ecc N hf0=0 UCB (V) E 0 5 10 15 Nguån cung cÊp Ecc t¹o cho chuyÓn tiÕp ph¸t ph©n cùc thuËn vµ chuyÓn tiÕp gãp ph©n cùc ng−îc. T¶i Rt ®Ó sôt bít mét phÇn ®iÖn ¸p ph©n cùc cho C vµ lÊy tÝn hiÖu ®iÖn ra. Khi kh«ng cã ¸nh s¸ng chiÕu vµo (kh«ng cã tÝn hiÖu quang hay hf = 0, IB = 0) trong m¹ch chØ cã dßng tèi ICtèi . §©y lµ dßng ®iÖn do ®iÖn tö khuÕch t¸n tõ phÇn ph¸t sang phÇn gãp vµ cã trÞ sè nhá. Khi cã tÝn hiÖu quang ®Õn, trong phÇn gèc sÏ xuÊt hiÖn c¸c cÆp ®iÖn tö – lç trèng. C¸c ®iÖn tö sÏ di chuyÓn vÒ cùc gãp, lç trèng di chuyÓn vÒ phÝa cùc ph¸t t¹o thµnh dßng quang ®iÖn Ip. C¸c lç trèng tËp trung ë tiÕp gi¸p ph¸t lµm cho tiÕp gi¸p ph¸t ph©n cùc thuËn cµng m¹nh, mÆt kh¸c ®iÖn tö tËp trung ë tiÕp gi¸p gãp lµm cho nã ph©n cùc ng−îc cµng m¹nh. KÕt qu¶ lµ ®iÖn tö dÔ dµng ®i tõ E, qua B vµ sang C lµm chä dßng ®iÖn cùc gãp IC t¨ng râ rÖt. NhËn xÐt: Dßng cùc gèc ®Ó hë vµ cã ¸nh s¸ng chiÕu vµo nªn dßng ®iÖn cùc gèc chÝnh lµ dßng tÝn hiÖu quang. HÖ sè khuÕch ®¹i dßng quang ®iÖn chÝnh lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña transistor trong s¬ ®å m¾c cùc ph¸t chung. Transistor còng cã 3 c¸ch m¾c lµ BC, EC vµ CC víi dßng C ®iÒu khiÓn lµ dßng tÝn hiÖu quang. VÒ mÆt cÊu tróc cã thÓ coi transistor quang nh− lµ mét m¹ch gåm mét diode quang lµm nhiÖm vô biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh B tÝn hiÖu ®iÖn vµ mét transistor cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i. Khi nµy ®é nh¹y t¨ng lªn vµi tr¨m lÇn so víi diode quang E ®¬n nh−ng d¶i tÇn lµm viÖc l¹i bÞ h¹n chÕ ®i rÊt nhiÒu. Transistor quang cã d¶i tÇn lµm viÖc réng 300 kHz cßn diode quang cã d¶i 124 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  12. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö tÇn lµm viÖc cì vµi chôc MHz. H×nh bªn chØ ra ®−êng cong biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a dßng emitter vµ ®iÖn ¸p collector- emitter cña transistor quang NPN víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña c−êng ®é s¸ng. NÕu cùc B ®−îc nèi vµo m¹ch, sÏ cã dßng base Ib vµ dßng collector ®−îc t¨ng thªm mét l−îng lµ β.Ib. IV. MÆt chØ thÞ tinh thÓ láng LCD 1. Kh¸i niÖm LCD lµ linh kiÖn quang thô ®éng ®−îc chÕ t¹o d−íi d¹ng thanh vµ chÊm ma trËn. HiÖn nay LCD ®−îc sö dông lµm b¶ng hiÓn thÞ vµ mµn h×nh ¦u ®iÓm: C«ng suÊt tiªu thô thÊp, kÝch th−íc nhá gän LCD kh«ng ph¸t s¸ng nªn dÔ ®äc nÕu m«i tr−êng xung quanh s¸ng CÊu tróc ph¼ng dÑt cã ®é bÒn c¬ häc cao Cã thÓ ®iÒu khiÓn trùc tiÕp b»ng linh kiÖn b¸n dÉn TTL vµ CMOS Nh−îc ®iÓm: Tuæi thä ng¾n h¬n LED ChØ cã thÓ ®äc ®−îc víi nguån s¸ng bªn ngoµi Thêi gian t¾t më t−¬ng ®èi chËm Kho¶ng nhiÖt ®é lµm viÖc kh¸ hÑp 2. CÊu t¹o cña thanh LCD LCD gåm 2 tÊm kÝnh ®Æt c¸ch nhau 10 µm, mÆt trong tr¸ng mét líp ZnO trong suèt lµm ®iÖn cùc. G−¬ng ph¶n chiÕu TÊm nhùa ph©n cùc 2 KÝnh ®iÖn cùc trong suèt Keo Tinh thÓ láng TÊm nhùa ph©n cùc 1 M¾t quan s¸t ¸nh s¸ng chiÕu Xung quanh 2 bªn tÊm kÝnh hµn kÝn sau khi ®æ ®Çy tinh thÓ láng vµo. Hai tÊm nhùa cã tÝnh ph©n cùc ¸nh s¸ng ®−îc d¸n bªn ngoµi tÊm kÝnh sao cho CÊu kiÖn ®iÖn tö 125
  13. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö h×nh ¶nh ®−îc nh×n tõ mét phÝa nhê mét g−¬ng ph¶n x¹ l¹i. VËt liÖu lµm tinh thÓ láng lµ nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬. Tuú theo nhiÖt ®é lµm viÖc mµ nh÷ng tinh thÓ láng nµy ë tr¹ng th¸i kh¸c nhau Láng kh«ng Láng ThÓ r¾n ®¼ng h−íng ®¼ng h−íng t0 nãng ch¶y t0 trong suèt NhiÖt ®é thÊp: tinh thÓ láng ë thÓ r¾n NhiÖt ®é nãng ch¶y: tinh thÓ láng ë thÓ láng kh«ng ®¼ng h−íng NhiÖt ®é trong suèt: tinh thÓ láng ë thÓ láng ®¼ng h−íng HiÖu øng quang häc dïng cho mÆt chØ thÞ LCD chØ h¹n chÕ ë kho¶ng nhiÖt ®é mµ tinh thÓ láng ë d¹ng kh«ng ®¼ng h−íng. 3. Nguyªn t¾c lµm viÖc a. ChÕ ®é ph¶n chiÕu Khi ch−a cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo, c¸c thanh LCD kh«ng lµm viÖc, ¸nh s¸ng xuyªn qua mÆt chØ thÞ vµ bÞ ph¶n chiÕu ë g−¬ng råi quay trë vÒ m¾t ng−êi quan s¸t. Lóc nµy mÆt chØ thÞ trong suèt. Khi cã ®iÖn ¸p cung cÊp, trôcdµi cña c¸c ph©n tö chÊt tinh thÓ láng ®−îc ®Þnh h−íng theo h−íng cña ®iÖn tr−êng. Nh− vËy, ¸nh s¸ng ®i qua tÊm nhùa ph©n cùc thø nhÊt sÏ bÞ thay ®æi do chÊt tinh thÓ ®· ho¹t ho¸, ¸nh s¸ng kh«ng thÓ ®i qua tÊm thø 2. Thanh tinh thÓ láng chÞu t¸c ®éng cña ®iÖn tr−êng sÏ bÞ tèi ®i do ¸nh s¸ng kh«ng quay trë l¹i m¾t ng−êi quan s¸t. ë chÕ ®é ph¶n chiÕu nµy nÒn chØ thÞ trong suèt cßn nh÷ng ký tù hiÓn thÞ th× bÞ tèi ®en. Khi nµy nÕu kh«ng cã nguån ¸nh s¸ng ngoµi th× mÆt chØ thÞ sÏ kh«ng nh×n thÊy. Mµn h×nh hiÓn thÞ cña m¸y tÝnh c¸ nh©n, m¸y ®iÖn tho¹i di ®éng hiÖn nay chñ yÕu lµ LCD ho¹t ®éng ë chÕ ®é ph¶n chiÕu. b. ChÕ ®é th«ng s¸ng ChÕ ®é nµy ng−îc víi chÕ ®é trªn, khi ®ã 2 mµng läc ph©n cùc song song vµ ta cã mÆt chØ thÞ cã nÒn tèi cßn c¸c ký tù hiÓn thÞ trong suèt. Lo¹i nµy thÝch hîp cho chiÕu s¸ng tõ phÝa sau. Lo¹i LCD nµy cÇn cã ®iÖn ¸p xoay chiÒu tõ 3 – 8 VAC. Thêi gian hiÖn sè lµ 100 ms vµ thêi gian t¾t lµ 200 – 300 ms. HÇu hÕt c¸c lo¹i ®ång hå hiÓn thÞ sè ®Òu kÕt hîp c¶ hai chÕ ®é ph¶n chiÕu vµ th«ng s¸ng. Chó ý: §Ó LCD lµm viÖc ta cÇn mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu kh«ng cã lÉn ®iÖn ¸p mét chiÒu. NÕu ®iÖn ¸p mét chiÒu lín mµng ®iÖn cùc trong suèt ZnO sÏ bÞ khö thµnh Zn cã mµu tèi. Khi ®ã mµn LCD kh«ng hiÓn thÞ ®−îc n÷a, ng−êi ta gäi hiÖn t−îng nµy lµ hiÖn t−îng mï cña LCD. LCD th«ng th−êng yªu cÇu ®iÖn ¸p mét chiÒu nhá h¬n 100 mV cßn LCD mµu yªu cÇu ®iÖn ¸p mét chiÒu nhá h¬n 50 mV. 126 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  14. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö 3. Mét sè lo¹i LCD tiªu biÓu LCD lo¹i th«ng s¸ng LCD lo¹i ph¶n chiÕu LCD lo¹i th«ng s¸ng + ph¶n chiÕu LCD mµu LCD ghÐp kªnh 3 lo¹i LCD ®Çu tiªn lµ LCD ho¹t ®éng ë chÕ ®é ph¶n chiÕu, th«ng s¸ng vµ ph¶n chiÕu + th«ng s¸ng LCD mµu: §Ó chÕ t¹o LCD mµu c¸c h¹t mµu ®−îc trén lÉn víi tinh thÓ láng. Khi kh«ng cã ®iÖn ¸p c¸c tinh thÓ láng n»m song song víi c¸c phÇn tö mµu. Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®Æt vµo ®ñ lín c¸c phÇn tö mµu vµ tinh thÓ láng sÏ ®−îc s¾p xÕp l¹i ®Ó t¹o thµnh mµu s¾c kh¸c nhau. LCD lo¹i ghÐp kªnh: LCD cã cÊu tróc theo kiÓu ma trËn m x n nh»m gi¶m thiÓu sè d©y ®iÒu khiÓn trong c¸c LCD cã ®iÓm chØ thÞ. 4. Tham sè cña LCD Gi¸ trÞ Gi¸ trÞ tiªu Gi¸ trÞ lín Tham sè §¬n vÞ nhá nhÊt chuÈn nhÊt 0 Kho¶ng nhiÖt ®é lµm viÖc C - 10 + 60 0 Kho¶ng nhiÖt ®é dù tr÷ C - 25 + 70 §iÖn ¸p lµm viÖc VAC 3 4,5 8 Thµnh phÇn mét chiÒu mV 100 TÇn sè ®iÒu khiÓn Hz 30 200 2 Dßng tiªu thô n¨ng l−îng nA/mm 15 30 Thêi gian lªn h×nh ms 40 Thêi gian t¾t h×nh ms 80 Thêi gian lªn + t¾t ms 250 CÊu kiÖn ®iÖn tö 127
  15. Ch−¬ng IV: Linh kiÖn quang ®iÖn tö Tµi liÖu tham kh¶o Kü thuËt ®iÖn tö - §ç Xu©n Thô 1. Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö – Ph¹m Minh Hµ 2. Linh kiÖn b¸n dÉn vµ vi m¹ch – Hå V¨n Sung 3. Electronic Devices and Circuits – Mac Grar Hill 4. 5. S¬ §å Linh KiÖn-T¹p chÝ ®iÖn tö B¶ng mét sè h»ng sè vËt lý Stt H»ng sè Ký hiÖu Gi¸ trÞ §¬n vÞ m s-1 1 Tèc ®é cña ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng c 299792458 µ0 −7 4 π .10 N A-2 2 §é tõ thÈm cña ch©n kh«ng ε0 F m-1 3 H»ng sè ®iÖn m«i cña ch©n kh«ng 8.854187817E-12 6.6260755E-34 4 H»ng sè Planck h Js ± 4E - 40 4.1356692E-15 h 5 H»ng sè Planck theo ®¬n vÞ eV eV s ± 1.2E-21 1.380658E-23 J K-1 6 H»ng sè Boltzmann k ± 1.2E-28 8.617385e-05 eV K-1 k 7 H»ng sè Boltzmann tÝnh theo ®¬n vÞ eV ± 7.3e-10 20836740000 K-1 s-1 k 8 H»ng sè Boltzmann tÝnh theo ®¬n vÞ Hz ± 180000 9.1093897E-31 9 Khèi l−îng cña electron kg me ± 5.4E-37 1.60217733E-19 ± 10 Electron volt eV J 4.9E-26 1.60217733E-19 ± 11 §iÖn tÝch cña electron e C 4.9E-26 5.29177249E-11 ± 12 B¸n kÝnh Bohr a0 m 2.4E-18 1.6726231E-27 13 Khèi l−îng Proton kg mp ± 1.0E-33
  16. Môc lôc Môc lôc CH−¬NG I ............................................................................................................................................4 C¬ së vËt lý cña vËt liÖu linh kiÖn I. Kh¸i niÖm vÒ lý thuyÕt vïng n¨ng l−îng..........................................................4 1. B¶n chÊt cña nguyªn tö............................................................................................. 4 2. C¸c møc n¨ng l−îng cña nguyªn tö ......................................................................... 6 3. C¸c ph−¬ng ph¸p cung cÊp n¨ng l−îng cho nguyªn tö.......................................... 7 a. Sù va ch¹m cña ®iÖn tö víi nguyªn tö: .................................................... 7 b. Sù va ch¹m cña quang tö víi nguyªn tö ................................................... 8 4. Lý thuyÕt d¶i n¨ng l−îng trong chÊt r¾n ................................................................ 8 5. Sù ph©n bè n¨ng l−îng cña ®iÖn tö – hµm Fecmi................................................... 9 II. ChÊt c¸ch ®iÖn (dielectric) ....................................................................................10 1. §Þnh nghÜa................................................................................................................ 10 2. C¸c tham sè c¬ b¶n cña chÊt ®iÖn m«i................................................................... 10 a. §é thÈm thÊu t−¬ng ®èi ε (h»ng sè ®iÖn m«i)........................................ 10 b. §é tæn hao ®iÖn m«i Pa............................................................................. 11 c. §é bÒn vÒ ®iÖn (E®t)................................................................................... 12 d. NhiÖt ®é chÞu ®ùng ................................................................................... 12 e. Dßng ®iÖn trong chÊt ®iÖn m«i................................................................. 12 f. §é dÉn ®iÖn cña chÊt ®iÖn m«i ................................................................. 12 3. Ph©n lo¹i vµ øng dông cña chÊt ®iÖn m«i.............................................................. 13 a. ChÊt ®iÖn m«i thô ®éng............................................................................ 13 b. ChÊt ®iÖn m«i tÝch cùc.............................................................................. 13 III. ChÊt dÉn ®iÖn (conductor) .....................................................................................14 1. §Þnh nghÜa................................................................................................................ 14 2. C¸c tham sè c¬ b¶n cña vËt liÖu dÉn ®iÖn ............................................................. 14 a. §iÖn trë suÊt: ............................................................................................ 14 b. HÖ sè nhiÖt cña ®iÖn trë suÊt α ................................................................ 14 c. HÖ sè dÉn nhiÖt λ ...................................................................................... 15 d. C«ng tho¸t cña ®iÖn tö trong kim lo¹i..................................................... 15 e. §iÖn thÕ tiÕp xóc ....................................................................................... 16 3. Ph©n lo¹i vµ øng dông............................................................................................. 16 a. VËt liÖu dÉn ®iÖn cã ®iÖn trë suÊt thÊp.................................................... 16 b. ChÊt dÉn ®iÖn cã ®iÖn trë suÊt cao .......................................................... 16 IV. VËt liÖu tõ .........................................................................................................................17 1. §Þnh nghÜa................................................................................................................ 17 2. TÝnh chÊt .................................................................................................................. 17 a. Tõ trë vµ tõ thÈm ...................................................................................... 17 b. §é tõ thÈm t−¬ng ®èi µr ........................................................................... 17 c. §é tõ d− ..................................................................................................... 18 d. §−êng cong tõ ho¸ B = f (H) ................................................................... 18 CÊu kiÖn ®iÖn tö 129
  17. Môc lôc 3. Ph©n lo¹i vµ øng dông cña vËt liÖu tõ.................................................................... 20 a. VËt liÖu tõ mÒm......................................................................................... 20 b. VËt liÖu tõ cøng ........................................................................................ 20 V. ChÊt b¸n dÉn (Semiconductor) ..............................................................................21 1. §Þnh nghÜa vµ tÝnh chÊt........................................................................................... 21 2. B¸n dÉn thuÇn (b¸n dÉn nguyªn tÝnh – Intrinsic) ................................................ 23 a. §Þnh nghÜa vµ tÝnh chÊt ........................................................................... 23 b. Mét sè chÊt b¸n dÉn th«ng dông ............................................................. 23 3. B¸n dÉn pha t¹p (b¸n dÉn ngo¹i tÝnh – Extrinsic) ............................................... 24 a. B¸n dÉn lo¹i N (b¸n dÉn lo¹i cho, pha t¹p chÊt donor) ......................... 24 b. B¸n dÉn lo¹i P (b¸n dÉn lo¹i nhËn, pha t¹p chÊt acceptor)................... 25 4. Møc Fecmi trong chÊt b¸n dÉn (Fecmi energy level)........................................... 26 5. Dßng ®iÖn trong chÊt b¸n dÉn................................................................................ 26 a. Dßng ®iÖn khuÕch t¸n (diffusion current) .............................................. 26 b. Dßng ®iÖn tr«i (drift current) ................................................................... 27 CH−¬NG II ..........................................................................................................................................28 c¸c linh kiÖn thô ®éng I. §iÖn trë (Resistor)...........................................................................................................28 1 - §Þnh nghÜa vµ ký hiÖu ........................................................................................... 28 a - §Þnh nghÜa............................................................................................... 28 b - Ký hiÖu cña ®iÖn trë trong m ¹ch ®iÖn ................................................... 28 c - CÊu tróc cña ®iÖn trë............................................................................... 29 2 - C¸c tham sè kü thuËt ®Æc tr−ng cho ®iÖn trë. .................................................... 29 a - TrÞ sè ®iÖn trë vµ dung sai ...................................................................... 29 b - C«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp (Ptt max) ....................................................... 30 c - HÖ sè nhiÖt cña ®iÖn trë: TCR (temperature co-efficient of resistor) ... 31 d - T¹p ©m cña ®iÖn trë ................................................................................ 31 3 - C¸ch ghi vµ ®äc tham sè trªn th©n ®iÖn trë........................................................ 31 a - C¸ch ghi trùc tiÕp .................................................................................... 31 b - Ghi theo qui −íc ..................................................................................... 31 4. C¸c kiÓu m¾c ®iÖn trë ............................................................................................. 33 a. M¾c nèi tiÕp .............................................................................................. 33 b. M¾c song song .......................................................................................... 34 5 - Ph©n lo¹i vµ øng dông cña ®iÖn trë ...................................................................... 34 a - Ph©n lo¹i.................................................................................................. 34 b - øng dông cña ®iÖn trë ........................................................................... 36 c - Mét sè ®iÖn trë ®Æc biÖt ........................................................................... 36 II. Tô ®iÖn (capacitor) ........................................................................................................38 1. Ký hiÖu vµ cÊu t¹o cña tô ®iÖn ............................................................................... 38 a. Ký hiÖu vµ h×nh d¸ng cña tô ®iÖn ............................................................ 38 b. CÊu t¹o ...................................................................................................... 39 130 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  18. Môc lôc 2. §Æc tÝnh n¹p vµ x¶ ®iÖn cña tô ............................................................................... 39 3. §Æc tÝnh cña tô ®iÖn ®èi víi dßng ®iÖn xoay chiÒu ............................................... 40 4. C¸c tham sè c¬ b¶n cña tô ®iÖn.............................................................................. 41 a. TrÞ sè ®iÖn dung vµ dung sai.................................................................... 41 b. Trë kh¸ng cña tô ®iÖn .............................................................................. 42 c. §iÖn ¸p lµm viÖc........................................................................................ 42 d. HÖ sè nhiÖt ................................................................................................ 42 e. Dßng ®iÖn rß ............................................................................................. 43 5. C¸ch ghi vµ ®äc tham sè trªn tô ®iÖn ................................................................... 43 a. C¸ch ghi trùc tiÕp ..................................................................................... 43 b. C¸ch ghi theo quy −íc.............................................................................. 43 6. C¸c kiÓu ghÐp tô ...................................................................................................... 46 a. Tô ®iÖn ghÐp nèi tiÕp................................................................................ 46 b. Tô ®iÖn m¾c song song............................................................................. 46 7. Ph©n lo¹i tô ®iÖn...................................................................................................... 46 a. Tô oxit ho¸ (gäi t¾t lµ tô ho¸) .................................................................. 46 b. Tô gèm (ceramic) ..................................................................................... 47 c. Tô giÊy....................................................................................................... 47 d. Tô mica ..................................................................................................... 47 e. Tô mµng máng.......................................................................................... 48 f. Tô tantan ................................................................................................... 48 g. Tô xoay...................................................................................................... 49 h. Tô vi chØnh (trimcap) ............................................................................... 49 i. Tô ®ång trôc chØnh.................................................................................... 49 8. C¸c øng dông cña tô ®iÖn ....................................................................................... 50 a. Tô dÉn ®iÖn ë tÇn sè cao .......................................................................... 50 b. Tô n¹p x¶ ®iÖn trong m¹ch läc nguån .................................................... 51 III. Cuén c¶m.............................................................................................................................52 1. CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña cuén d©y ........................................................................... 52 2. C¸c tham sè cña cuén d©y ...................................................................................... 53 a. HÖ sè tù c¶m ............................................................................................. 53 b. Trë kh¸ng cña cuén d©y........................................................................... 54 c. HÖ sè phÈm chÊt Q cña cuén d©y ........................................................... 54 d. TÇn sè lµm viÖc giíi h¹n cña cuén d©y ................................................... 54 3. C¸c c¸ch ghÐp cuén d©y.......................................................................................... 55 a. GhÐp nèi tiÕp............................................................................................. 55 b. GhÐp song song......................................................................................... 55 4. Ph©n lo¹i vµ øng dông cña cuén d©y ..................................................................... 55 a. Theo lâi cña cuén d©y .............................................................................. 55 b. Theo h×nh d¸ng......................................................................................... 56 c. Theo sù thay ®æi cña hÖ sè tù c¶m .......................................................... 57 d. Theo khu vùc tÇn sè lµm viÖc.................................................................. 57 e. Theo øng dông......................................................................................... 57 IV. BiÕn ¸p ...................................................................................................................................58 1. Ký hiÖu vµ cÊu t¹o cña biÕn ¸p............................................................................... 58 2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¸y biÕn ¸p................................................................. 59 CÊu kiÖn ®iÖn tö 131
  19. Môc lôc 3. C¸c tham sè kü thuËt cña biÕn ¸p .......................................................................... 59 a. HÖ sè ghÐp biÕn ¸p K................................................................................ 59 b. C¸c tØ lÖ cña biÕn ¸p ................................................................................. 60 4. Ph©n lo¹i vµ øng dông cña biÕn ¸p ........................................................................ 61 a. BiÕn ¸p nguån (biÕn ¸p cÊp ®iÖn)............................................................ 61 b. BiÕn ¸p céng h−ëng.................................................................................. 62 c. BiÕn ¸p ©m tÇn .......................................................................................... 62 CH−¬NG III ..........................................................................................................................................63 Linh kiÖn tÝch cùc I. líp chuyÓn tiÕp P-n..........................................................................................................63 1. Sù h×nh thµnh líp chuyÓn tiÕp P – N vµ tÝnh chÊt cña nã ................................... 63 2. Líp chuyÓn tiÕp P – N ph©n cùc thuËn (Forward Bias)....................................... 64 3. Líp chuyÓn tiÕp P –N ph©n cùc ng−îc (Reverse Bias) ......................................... 65 4. §Æc tuyÕn Von - Ampe cña chuyÓn tiÕp P – N ...................................................... 66 II. Diode .......................................................................................................................................67 1. CÊu t¹o vµ ký hiÖu.............................................................................................. 67 2. Nguyªn t¾c lµm viÖc, ®Æc tuyÕn Von-ampe cña diode ..................................... 67 3. M« h×nh gÇn ®óng vµ tham sè cña diode............................................................... 70 a. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng khi diode ph©n cùc thuËn......................................... 70 b. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng khi diode ph©n cùc ng−îc ........................................ 71 4. C¸c tham sè tÜnh cña diode..................................................................................... 72 a. §iÖn trë tÜnh R0 ........................................................................................ 72 b. §iÖn trë ®éng Ri ........................................................................................ 73 c. HÖ sè chØnh l−u k...................................................................................... 73 d. §iÖn dung Cd cña diode ............................................................................ 73 e. §iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i cho phÐp .............................................................. 74 f. Kho¶ng nhiÖt ®é lµm viÖc......................................................................... 74 5. Ph©n lo¹i vµ øng dông............................................................................................. 75 a. Diode chØnh l−u (n¾n ®iÖn – Rectifier).................................................... 75 b. Diode æn ¸p (Zene) ................................................................................... 76 c. Diode xung ................................................................................................ 77 d. Diode biÕn dung (Varicap)....................................................................... 78 e. Diode tunen (diode xuyªn hÇm hay diode esaki)..................................... 78 f. Diode cao tÇn............................................................................................. 79 g. Diode ph¸t s¸ng (LED – Light emitting Diode) ...................................... 79 h. Diode thu s¸ng (Photo diode) .................................................................. 80 i. TÕ bµo quang ®iÖn ..................................................................................... 80 III. Transistor l−ìng cùc - BJT .....................................................................................80 1. CÊu t¹o vµ ký hiÖu BJT...................................................................................... 81 2. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña transistor ë chÕ ®é tÝch cùc (chÕ ®é khuÕch ®¹i).... 84 132 CÊu kiÖn ®iÖn tö
  20. Môc lôc 3. Transistor lµm viÖc nh− kho¸ ®iÖn tö............................................................... 86 a. ChÕ ®é ng¾t ............................................................................................... 87 b. ChÕ ®é dÉn b∙o hoµ.................................................................................. 87 4. §Æc tÝnh tÇn sè cña Transistor .......................................................................... 88 5. Ph©n cùc vµ ®Þnh ®iÓm lµm viÖc cho Transistor .............................................. 89 a. Nguyªn t¾c chung..................................................................................... 89 b. M¹ch ph©n dßng cè ®Þnh......................................................................... 90 c. M¹ch håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p ......................................................................... 91 d. M¹ch håi tiÕp ©m dßng ®iÖn (m¹ch tù ph©n cùc) ................................... 91 æn ®Þnh ®iÓm c«ng t¸c tÜnh ............................................................................... 92 6. 7. C¸c c¸ch m¾c c¬ b¶n cña transistor lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i................ 92 a. S¬ ®å m¾c cùc gèc chung (BC - base common) ...................................... 93 b. S¬ ®å m¾c cùc ph¸t chung (EC - Emitter Common)............................... 95 c. S¬ ®å m¾c cùc gãp chung (CC – Collector common) ............................. 97 IV. Transistor hiÖu øng tr−êng (FET – Field effect Transistor).............................98 1. Kh¸i niÖm chung...................................................................................................... 98 a. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng............................................................................... 98 b. Ph©n lo¹i ................................................................................................... 98 c. Ký hiÖu FET trong s¬ ®å m¹ch ................................................................ 99 d. ¦u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm cña FET ............................................................ 99 2. Transistor tr−êng ®iÒu khiÓn b»ng tiÕp xóc P - N (JFET).............................. 99 a. CÊu t¹o vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng............................................................. 99 b. §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t, ®Æc tuyÕn ra ........................................................ 101 3. Transistor tr−êng lo¹i MOSFET .................................................................... 102 a. CÊu t¹o cña MOSFET............................................................................ 103 b. Nguyªn t¾c lµm viÖc................................................................................ 104 c. C¸c s¬ ®å m¾c FET................................................................................. 105 V. Mét sè lo¹i linh kiÖn tÝch cùc kh¸c................................................................107 1. Transistor mét tiÕp gi¸p (UJT) ............................................................................ 107 a. CÊu t¹o vµ ký hiÖu .................................................................................. 107 b. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng............................................................................. 107 c. Mét sè m¹ch øng dông cña UJT............................................................ 108 2. PUT (Programmable UJT - UJT ®iÒu khiÓn ®−îc) ............................................ 109 a. CÊu t¹o vµ ký hiÖu .................................................................................. 109 b. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng............................................................................. 109 c. C¸c øng dông cña PUT. ......................................................................... 110 3. ChØnh l−u cã ®iÒu khiÓn SCR (Silicon Controlled Rectifier)............................ 110 a. CÊu t¹o vµ ký hiÖu .................................................................................. 110 b. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng............................................................................. 110 4. DIAC vµ TRIAC.................................................................................................... 111 a. DIAC ...................................................................................................... 111 b. TRIAC .................................................................................................... 112 CÊu kiÖn ®iÖn tö 133
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2